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DE1521387B2 - Aus mehreren Bestandteilen bestehendes Flammspritzmaterial - Google Patents

Aus mehreren Bestandteilen bestehendes Flammspritzmaterial

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Publication number
DE1521387B2
DE1521387B2 DE1521387A DEM0068362A DE1521387B2 DE 1521387 B2 DE1521387 B2 DE 1521387B2 DE 1521387 A DE1521387 A DE 1521387A DE M0068362 A DEM0068362 A DE M0068362A DE 1521387 B2 DE1521387 B2 DE 1521387B2
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Germany
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flame spray
spray material
powder
nickel
aluminum
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DE1521387A
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Ferdinand J. Bellmore Dittrich
Arthur P. Flushing Shepard
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Metco Inc Westbury Ny (vsta)
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Metco Inc Westbury Ny (vsta)
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Publication date
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Description

In der Französischen Patentschrift 1313303 ist ein aus mehreren Bestandteilen bestehendes Flammspritzmaterial beschrieben, das aus mindestens zwei in der Hitze exotherm unter Ausbildung einer intermetallischen Verbindung reagierende Bestandteile aufweist. . .
Dabei können die zugeführten Körper in Form einzelner überzogener Pulverteilchen vorliegen, bei denen ein Bestandteil den Kern und mindestens eine den Kern überziehende Schicht den anderen Bestandteil darstellt. Vorzugsweise besteht die Kernmasse aus Aluminium und die Hülle aus Nickel, wobei zweckmäßig 10 bis 45% Aluminium, bezogen auf die Gesamtmenge an Nickel und Aluminium, vorliegen.
Das hitzeschmelzbare Material kann auch in Form von Drähten oder Stäben vorliegen. Auch in diesen Fällen soll der Draht eine Seele aus Aluminium und einen Überzug aus Nickel aufweisen.
Derartige vorgeschlagene Flammspritzmassen können in Mischung mit anderen üblichen Flammspritzmassen verwendet werden. Bei Anwendung von Flammspritzdrähten müssen die gleichen Forderungen erfüllt sein, sie müssen also auch aus zwei stofflich voneinander verschiedenen Bestandteilen bestehen, die befähigt sind, bei den in der Heizzone entwickelten Temperaturen exotherm unter Ausbildung einer intermetallischen Verbindung miteinander zu reagieren, wobei die Einzelbestandteile strukturell derart miteinander verbunden sein müssen, daß sie während des Aufspritzens in inniger Berührung stehen und aufschmelzen. Dabei können die Komponenten in Form von Draht aufbauenden Drahtsträngen vorliegen.
Das hier vorgeschlagene Flammspritzmaterial liefert nun bei einer bestimmten Auswahl der in Frage kommenden Bestandteile besonders gute Ergebnisse.
Die Erfindung betrifft ein aus mehreren Bestandteilen bestehendes Flammspritzmaterial, das minde-
ίο
stens zwei in der Hitze exotherm reagierende metallische Bestandteile aufweist und in Form von Pulverkörnern vorliegt, deren Kern den einen Bestandteil und deren Hülle den anderen Bestandteil enthält, wobei diese Bestandteile strukturell derart miteinander verbunden sind, daß sie während des Aufspritzens in inniger Berührung stehen und aufschmelzen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kern der Pulverkörner aus Nickel und die an der Oberfläche eines jeden Pulverkorns liegende Hülle aus feinverteilten Aluminiumteilchen in einem Bindemittel, das sich in der Heizzone zersetzt, besteht.
Soweit hier von Körpern gesprochen wird, sind darunter strukturell aus einem Stück bestehende Einheiten zu verstehen, während reine Mischungen der Komponenten, die auf physikalischem Wege ohne Zerstörung der Teilchen voneinander getrennt werden können, nicht gemeint sind. Für den Fall der Anwendung von Pulvern ist bei den erfindungsgemäßen Körpern nicht etwa an eine einfache Mischung von Einzelkörnern der verschiedenen Komponenten gedacht, sondern es ist zwingende Voraussetzung, daß jedes Einzelkorn die verschiedenen Komponenten enthält, die exotherm unter Ausbildung intermetallischer Verbindungen miteinander reagieren. In den Körpern nach der Erfindung müssen die Bestandteile also miteinander in innigem Kontakt stehen.
Soll das hitzeschmelzbare Material in Form von die Bestandteile enthaltenden Drähten oder Stäben zugeführt werden, so ist darauf zu achten, daß sich beim Zusammenschmelzen keine Hohlräume oder Blasen bilden. Es hat sich bewährt, einen Draht einzusetzen, dessen Hülle aus Aluminium besteht, die ein Pulver aus Nickel umhüllt, wobei die Hüllensubstanz niedriger schmelzen muß als die Pulversubstanz. Die Drähte können natürlich auch aus Einzelsträngen von zwei verschiedenen Bestandteilen bestehen.
Nickel und Aluminium sollen, wenn sie zusammen geschmolzen werden, pro Grammatom etwa 300 Grammkalorien freigeben, vorzugsweise mindestens 7500 Grammkalorien. Der Ausdruck »Grammkalorie je Grammatom« bezeichnet die Zahl an Grammkalorien, die das durchschnittliche Atomgewicht in Gramm des miteinander reagierenden Nickels und Aluminiums erzeugt. Obgleich die Komponenten vorzugsweise in den für die Bildung der intermetallischen Verbindung erforderlichen stöchiometrischen Verhältnissen vorliegen sollen, ist es auch möglich, einen Überschuß der einen über die andere anzuwenden, vorausgesetzt, daß die relativen Mengen ausreichen, um die angegebenen Wärmemengen zu erzeugen, die zur Bildung der intermetallischen Verbindung erforderlich sind.
Obgleich Eisen an sich keine brauchbaren Ergebnisse liefernder Bestandteil ist, läßt es sich zusätzlich zu Nickel anwenden, beispielsweise in Form einer Legierung. Das Nickel muß dann jedoch in Mengen vorliegen, die ausreichen, um ausreichende Wärmemengen zu erzeugen, um das Spritzverfahren zu unterstützen. Dementsprechend kann beispielsweise Eisen, das gerade genug legiertes Nickel enthält, um korrosionsbeständig geworden zu sein, nicht genug Nickel enthalten, um in wirksamer Weise mit Aluminium exotherm zu reagieren. Im allgemeinen muß eine für diesen Zweck geeignete Nickel/Eisen-Legierung mindestens 12% Nickel enthalten.
Die Pulverkörner können zusätzlich andere übliche, beim Flammspritzverfahren verwendete Kompo-
neriten enthalten, aber auch lediglich in Mischung oder in Verbindung mit diesen aufgespritzt werden. Dementsprechend können beispielsweise die beschichteten Pulver zusätzlich andere Hüllen anderer Flammspritzkomponenten aufweisen, oder zusätzlich vermischt sein mit irgendwelchen erstrebenswerten anderen Flammspritzpulvern.
Eine bevorzugte und sehr einfache Methode zur Ausbildung der umhüllten Pulver der Erfindung besteht darin, das Aluminium in Form eines Anstrichs als Hülle auf das Nickel aufzubringen. Zu diesem Zweck kann man das Aluminium, das die Hülle bilden soll, in feinverteilter Form in einem Bindemittel oder Lack dispergieren, um eine echte Anstrichmasse zu bilden, in welcher das Aluminium einem Pigmentfarbstoff entspricht. Diese Anstrichmasse wird dann dazu verwendet, Kernteilchen des Nickels zu beschichten, wonach das Bindemittel oder der Lack erstarren oder trocknen gelassen wird. Das Bindemittel besteht vorzugsweise aus einem Harz, das keine Verdampfung des Lösungsmittels bedingt, um einen getrockneten oder erstarrten Film auszubilden, wobei der Film sich zersetzt oder zusammenbricht in der Hitze des Spritzverfahrens. Das Bindemittel kann beispielsweise ein phenolischer Lack oder irgendein anderer bekannter oder üblicher Lack sein, der vorzugsweise ein Harz als Lackfeststoff enthält. Das zunächst mit dem Bindemittel oder Lack zu vermischende Aluminium sollte vorzugsweise in möglichst feinverteilter Form vorliegen, beispielsweise in Teilchengrößen von 44 Mikron. Das den Kern bildende Nickel sollte etwa der Teilchengröße, die letzten Endes für das Spritzpulver verlangt wird, entsprechen oder nur leicht unterhalb dieser Größe liegen. Die Beschichtung der Kernkomponente mit der »Anstrichmasse« kann in bekannter oder gewünschter Weise erfolgen, es ist lediglich erforderlich, die beiden Materialien zusammenzumischen und den Binder zum Trocknen oder Erstarren zu bringen, wobei ein fast freifließendes Pulver entsteht, das aus dem Nickelkern besteht, umhüllt mit dem Aluminium, das im Binder verteilt vorliegt.
Obgleich die Pulver vorzugsweise als solche mit einer Pulver-Flammspritzpistole aufgespritzt werden, ist es auch möglich, sie in Form eines Drahtes oder Stabes zu kombinieren unter Verwendung eines Kunststoffes oder eines ähnlichen Bindemittels, das sich in der Erhitzungszone der Pistole zersetzt. Die Drähte müssen die üblichen für Flammspritzdrähte festgelegten Abmessungen und Genauigkeitstoleranzen aufweisen. Ihre Abmessungen können beispielsweise zwischen 6,4 mm und Spritzdraht-Nr. 20 variieren, sie liegen vorzugsweise bei folgenden Werten: 4,8 mm + 0,0013 mm
- 0,064 mm
3,2 mm + 0,013 mm
- 0,064 mm
Draht Nr. 11 + 0,013 mm
- 0,025 mm
und Draht Nr. 15 + 0,025 mm.
Die Drähte müssen an ihrer Oberfläche glatt und sauber sein und keine Striche, Flecken oder andere Fehler aufweisen. Sie werden in üblicher Weise unter Verwendung von Drahtflammspritzpistolen aufgespritzt.
Beispiel
Feinverteiltes Aluminiumpulver mit einer Teilchengröße bis 44 Mikron wurde mit einem phenolischen Lack vermischt, der etwa 50% Feststoff gehalt aufwies. Die Vermischung erfolgte derart, daß eine Mischung mit einer etwa der Konsistenz von schwerem Sirup entsprechenden Konsistenz ausgebildet wurde, die 60% metallisches Aluminium enthielt.
100 g dieser Mischung aus Lack und Aluminiumpulver wurden zu 240 g Nickelpulver gegeben, das mit einer Teilchengröße zwischen 44 und 74 Mikron vorlag. Die beiden Substanzen wurden kräftig durchmischt und das Durchmischen fortgesetzt, bis der Lack unter Zurücklassung eines halbwegs frei fließenden Pulvers eingetrocknet war, in welchem alle Nickelkernteilchen mit einem trockenen Film umhüllt vorlagen. Der Film bestand aus Aluminiumteilchen, die miteinander und mit dem Kernmaterial durch das phenolische Bindemittel verbunden waren. Das Pulver wurde dann auf 120° C angewärmt, um eine vollständige Trocknung sicherzustellen. Es lagen einige
2» Agglomerate vor, die ausgesiebt und dann durch Handvermahlung auf eine Teilchengröße von 150 Mikron zerkleinert wurden. Das endgültig vorliegende Pulver bestand zu etwa 15% aus Aluminium und zu 85% aus Nickel, bedingt durch den Verlust an etwas Aluminium während der Vermahlung.
Das auf diese Weise erhaltene Pulver wurde nach dem Flammspritzverfahren auf eine an ihrer Oberfläche mit Schmirgeltuch gereinigte Flußstahlplatte aufgespritzt. Das Aufspritzen erfolgte unter Benutzung einer Pulverspritzpistole entsprechend der US-PS 2961335 unter Einhaltung eines Abstandes von 23 cm. Aufgespritzt wurden 2,72 bis 4,08 kg Pulver/ Std. unter Verwendung von Acetylengas als Brennstoff bei einem Druck von 0,7 kg/cm2. Durchströ-
r> mungsgeschwindigkeit: 481-7101/Std. Sauerstoff wurde unter einem Druck von 0,84 kg/cm2 und einer Durchströmungsgeschwindigkeit von 820-990 1/Std. als Oxidationsgas verwendet.
Die Nickelhülle und der Aluminiumkern vereinig-
4« ten sich in der Flammenhitze unter starker Wärmeabgabe und lagerte sich auf der Unterlage in Form eines dichten, hochwertigen Überzuges, der selbstbindende Eigenschaften aufwies, ab. Auf die beschriebene Weise konnte eine Schicht von 0,05 bis 0,10 mm Dicke aufgebaut werden. Der Belag kann als Grundlage für das Aufspritzen weiterer Schichten aus verschiedenen Metallen usw. benutzt werden, er stellt eine ausgezeichnete verbindende Zwischenschicht dar.
-)0 Man kann den Belag auch zu einer dickeren Schicht aufbauen, beispielsweise zu einem Überzug von 0,25 bis 0,5 mm Dicke, der als eine als Sauerstoff sperre dienende Unterlage dienen kann. Es lassen sich, wie beschrieben, sogar Schichten mit einer Dicke von 0,5 bis 1,0 mm und mehr als verschleißfeste und oxidationsbeständige Oberflächen aufbringen. Dank seiner selbstbindenden Eigenschaften haftet der aufgespritzte Überzug ohne die übliche Oberflächenvorbereitung oder Aufrauhung auf der Unterlage. Entspre-
b(> chend den natürlichen Eigenschaften einer aufgespritzten Masse ermöglicht der Belag das Aufspritzen weiterer Flammspritzmassen unter guter Bindung. Sogar bei hohen Temperaturen und in oxidierender Umgebung besitzt der mit Hilfe des Pulvers aufge-
h5 spritzte Belag noch eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit, so daß eine Oxidation des Grundlagenmaterials, das beispielsweise aus Molybdän usw. besteht, verhindert wird. Die aufgespritzten Überzüge
können als Verkleidungen von Metallschmelztiegeln oder Vorrichtungen zur Behandlung geschmolzener Metalle dienen, sie werden durch viele geschmolzene Metalle, einschließlich der selbstfließenden Legierungen, nicht durchfeuchtet oder durchdrungen. Auch bewähren sich die gebildeten Überzüge als bei hoher Temperatur verschleißfeste Beläge.
Die mit dem Pulver dieses Beispiels erhaltenen Überzüge weisen eine Zugfestigkeit von 808,57 kg/ cm2 auf.
Bei Wiederholung der Arbeitsweise dieses Beispiels unter Verwendung eines Molybdänstabes von 4,8 mm Durchmesser, wobei ein 0,25-0,30 mm dikker Überzug aufgespritzt wurde, läßt sich der beschichtete Stab wiederholt unter Verwendung eines Schweißbrenners aus der Luft auf etwa 1100° C erhitzen, wobei nach Abkühlung auf Raumtemperatur keine Oxidation feststellbar ist.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Aus mehreren Bestandteilen bestehendes Flammspritzmaterial, das mindestens zwei in der Hitze exotherm reagierende metallische Bestandteile aufweist und in Form von Pulverkörnern vorliegt, deren Kern den einen Bestandteil und deren Hülle den anderen Bestandteil enthält, wobei diese Bestandteile strukturell derart miteinander verbunden sind, daß sie während des Aufspritzens in inniger Berührung stehen und aufschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern der Pulverkörner aus Nickel und die an der Oberfläche eines jeden Pulverkorns liegende Hülle aus feinverteilten Aluminiumteilchen in einem Bindemittel, das sich in der Heizzone zersetzt, besteht.
2. Flammspritzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander reagierenden Bestandteile mindestens 3000 Grammkalorien je Grammatom, vorzugsweise 7500 Grammkalorien abgeben.
3. Flammspritzmaterial nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich noch mindestens ein weiteres Flammspritzmaterial enthält.
DE1521387A 1965-03-25 1966-02-11 Aus mehreren Bestandteilen bestehendes Flammspritzmaterial Withdrawn DE1521387B2 (de)

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